ES2290899T3 - Dispositivo de accionamiento de electroiman para una valvula de motor de combustion interna. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de accionamiento de la abertura y del cierre de una válvula (38) de motor de combustión interna; el posicionamiento de la válvula (38) en, al menos, una posición (abierta o cerrada) se obtiene por la acción de un electroimán (28), que incluye una bobina y un circuito magnético (29) y que actúa sobre una plataforma (26) que acciona el posicionamiento de la válvula, caracterizado por que el circuito magnético (29) del electroimán (28) y/o la plataforma (26) incluyen un material magnético que presenta una imantación remanente cuando la válvula (38) está en posición abierta o cerrada; la imantación remanente es reversible de manera que se anula cuando se produce un cambio de posición de la válvula (38) y presenta un campo coercitivo incluido entre 50 Oersted y 500 Oersted.

Description

Dispositivo de accionamiento de electroimán para una válvula de motor de combustión interna.

La presente invención se refiere a un dispositivo de accionamiento de válvula para un motor de combustión interna así como un motor equipado con dicho dispositivo (véase US-A-5339777).

Las válvulas son elementos esenciales de los motores de combustión interna. Permiten el funcionamiento de estos últimos alternando dos posiciones:

Una primera posición, denominada "abierta", permite intercambios entre el interior y el exterior de un cilindro que utilice esta válvula, por ejemplo para inyectar un carburante en este cilindro.

Una segunda posición, denominada "cerrada", impide cualquier intercambio entre el interior y el exterior de este cilindro, por ejemplo para permitir la compresión de carburante inyectado.

En un motor clásico, las válvulas se accionan mediante conexiones mecánicas relativamente complejas con el resto del motor. En los últimos tiempos, se han desarrollado motores con válvulas accionadas eléctricamente; este accionamiento permite elegir los momentos de abertura y de cierre según se prefiera.

Dicho dispositivo consta de muelles y, al menos, de uno o dos electroimanes que reciben señales de accionamiento para colocar la válvula en posición abierta o cerrada.

En la figura 1 se representa un dispositivo conocido de este tipo. Incluye un muelle 12 helicoidal que rodea un vástago 14 unido a una válvula 10 y que se apoya, por un lado, contra un tope 16 unido a este vástago 14 y, por el otro, contra un tope 18 que rodea una abertura 20 del cuerpo del cilindro 21 correspondiente.

Al vástago 14 (o cola de válvula) está asociado otro vástago 22 que transporta una plataforma 26 de material magnético. Entre los vástagos 22 y 14, está previsto un juego 24 que permite al vástago 22 deslizarse mientras que el vástago 14 permanece inmóvil cuando el vástago 22 se encuentra al final de la carrera hacia la parte superior de la figura 1.

La plataforma 26 está instalada entre dos electroimanes 28 y 30 atravesados por el vástago 22. Estos dos electroimanes 28 y 30 incluyen cada uno de ellos una bobina, representada convencionalmente en la sección de la figura 1 con dos cruces, y un circuito magnético, 29 y 31 respectivamente, de material magnético. El extremo 32 del vástago 22 opuesto a la conexión 24 está asociado al primer extremo de otro muelle 34.

El segundo extremo de este muelle 34 está fijado en un apoyo 36 unido a un chasis 37. Los muelles 34 y 12 mantienen la plataforma 26 equidistante de los dos electroimanes 28 y 30 cuando estos últimos no generan campo magnético. Esta posición puede ajustarse haciendo variar la posición del apoyo 36 en relación con el chasis 37.

Cuando el electroimán 28 se activa, atrae la plataforma 26 y esta última entra en contacto con una parte del circuito magnético de este electroimán 28. Este desplazamiento conlleva un deslizamiento del vástago 22 y del vástago 14 -según un eje 27 que se confunde con el eje de estos vástagos- de manera que la cabeza 38 de la válvula 10 se apoye en su asiento. Entonces, la válvula 10 se cierra.

Cuando el electroimán 30 se activa, este último atrae la plataforma 26 que entra en contacto con una parte del circuito magnético de este segundo electroimán, arrastrando el vástago 22 y el vástago 14 según el eje 27, en consecuencia la cabeza 38 se aleja de su asiento. Entonces, la válvula 10 está en posición abierta.

Los muelles 12 y 34 están asociados al movimiento de vástagos 14 y 22 comprimiéndose o descomprimiéndose según los movimientos de estos últimos, se forma así un sistema electromecánico resonante.

En algunas realizaciones, por razones de ahorro de energía durante el mantenimiento de la válvula en posición abierta o cerrada, los circuitos magnéticos 29 y 31 de electroimanes son del tipo conocido como polarizados, es decir, incluyen un imán permanente. Esto permite un bloqueo magnético de la plataforma 26 en posición abierta o cerrada respectivamente con corriente nula o reducida en el electroimán, 30 ó 28 respectivamente. Pero, en consecuencia, es necesario realizar un esfuerzo durante las transiciones de una posición a otra porque hay que vencer la fuerza magnética generada por el imán permanente. Dicho esfuerzo supone un coste de energía.

La presente invención es resultado de la constatación de que dicho dispositivo de accionamiento no está optimizado energéticamente.

La presente invención pone remedio a estos inconvenientes. Se refiere a un dispositivo electromecánico de accionamiento de válvula para motor de combustión interna, caracterizado porque el circuito magnético del electroimán y/o la plataforma incluyen un material magnético que presenta una imantación remanente cuando la válvula está en posición abierta o cerrada; dicha imantación remanente es reversible de manera que se puede anular cuando se produzca un cambio de posición de la válvula y presenta un campo coercitivo incluido entre 10 Oersted y 600 Oersted.

Los materiales que presentan una imantación remanente y reversible también se llaman comúnmente materiales semiduros o con histéresis. Los materiales utilizados en la invención poseen una inducción remanente elevada, así como un campo coercitivo intermedio en comparación con los materiales blandos o los materiales duros. En efecto, la histéresis de un material magnético se define con dos magnitudes magnéticas: el campo coercitivo y la inducción. En los materiales blandos, el ciclo de histéresis es muy limitado, lo que no permite observar una imantación remanente. Su campo coercitivo suele ser inferior a 1 Oersted (80 A/m). En los imanes permanentes, el ciclo de histéresis es tan amplio como sea posible. Se acuerda que el dominio de los imanes permanentes comience con los materiales que presenten un campo coercitivo de, al menos, 600 Oersted (5000 amperios por metro). Uno de los inconvenientes de dichos materiales es que es difícil que sufran una desimantación. La otra magnitud magnética, la inducción B, caracteriza la capacidad de poseer una imantación inducida. Se entiende bien que sea ventajosamente tan elevada como sea posible en la invención.

Un material que posea un valor de inducción elevado, así como un campo coercitivo intermedio, puede imantarse así de manera remanente y reversible. En función del momento dentro de un ciclo de abertura y de cierre de la válvula, la imantación de la plataforma y/o del circuito magnético del electroimán puede modificarse de esta manera. Esto permite tener una plataforma y/o un circuito magnético imantado durante el mantenimiento en posición de la válvula. Este mantenimiento es posible con una corriente nula o reducida en el electroimán. Un valor de campo coercitivo de 10 Oersted permite obtener un mantenimiento en posición correcta en las aplicaciones de válvula. Dicho mantenimiento no está asegurado con un simple material que presente una imantación remanente de tipo Aceros Duros (al carbono, por ejemplo) utilizados en ocasiones. Dicho magnetismo residual es del tipo observado con una pieza de acero pasajeramente imantada y que llega a atraer clavos, por ejemplo. Dicho valor de campo coercitivo permite también desimantar la plataforma y/o el circuito magnético del electroimán justo antes de la transición de una posición a otra de manera que no se tenga que realizar un esfuerzo importante durante la transición. Las modificaciones de imantación no precisan una gran cantidad de energía, el consumo de energía eléctrica del dispositivo se reduce en comparación con un dispositivo conocido.

Según un modo de realización preferido, el material que presenta una imantación remanente y reversible tiene un campo coercitivo incluido entre 50 Oersted y 500 Oersted.

Dicho intervalo selectivo de campo coercitivo, particularmente adaptado a las aplicaciones de válvula, permite asegurar un buen mantenimiento y minimizar la energía necesaria para desimantar el material.

Este material se elige ventajosamente entre las aleaciones de Hierro-Cobalto-Vanadio o entre las aleaciones Alnico (Aluminio-Níquel-Cobalto) de reducido campo coercitivo.

Según un empleo ventajoso, el material que presenta una imantación remanente y reversible tiene forma laminada.

La forma laminada se obtiene cuando el material se produce en cinta. Es el caso de las aleaciones de Hierro-Cobalto-Vanadio, por ejemplo. La forma laminada reduce las pérdidas por corrientes inducidas.

En una realización, el posicionamiento de la válvula en una segunda posición (cerrada o abierta) se obtiene por la acción de un segundo electroimán que actúa sobre la plataforma; el circuito magnético del segundo electroimán y/o la plataforma incluye un material que presenta una imantación remanente y reversible.

Otras características y ventajas de la invención aparecerán con la descripción que se realiza a continuación, esta última se efectúa a título descriptivo y no limitativo haciendo referencia a los dibujos siguientes en los cuales:

la figura 1, ya descrita, representa un dispositivo de accionamiento de válvula conocido,

las figuras 2a, 2b, 2c, 2d y 2e son esquemas que ilustran el funcionamiento de un dispositivo de accionamiento según la invención.

En el ejemplo propuesto en las figuras 2a a 2e, la plataforma es el elemento del dispositivo que incluye un material de imantación remanente y reversible.

El dispositivo de accionamiento según la invención incluye un electroimán 28 y una plataforma 26 que está asociada a una válvula no representada en las figuras 2a a 2e. El electroimán 28 incluye una bobina representada con dos cruces en las secciones presentadas en las figuras 2a a 2e y un circuito magnético 29 de material magnético.

Sin premagnetización de la plataforma 26 y sin corriente en la bobina, tal y como se presenta en la figura 2a, no se crea ninguna fuerza entre la plataforma 26 y el electroimán 28.

Cuando se establece la corriente i en la bobina, tal y como se representa en la figura 2b, se crea un flujo Fb que magnetiza la plataforma 26 de material semiduro. La plataforma crea entonces a su vez y según el sentido de la corriente en la bobina un flujo denominado remanente Fp.

Cuando se interrumpe la corriente en la bobina, el flujo remanente Fp creado por la imantación remanente de la plataforma 26 en el circuito magnético 29 del electroimán 28 permite conservar una inducción notable en el circuito magnético 29 del electroimán 28 y generar, en consecuencia, una fuerza electromagnética entre la plataforma 26 y el electroimán 28. Esta fuerza no depende prácticamente de la intensidad de la corriente anteriormente aplicada a la bobina. La plataforma 26 puede entonces mantenerse en posición con una corriente nula o reducida de la misma manera que con una plataforma que posea una imantación permanente.

Al aplicar una corriente de sentido inverso en relación con la corriente anteriormente aplicada en la bobina, la plataforma 26 se desmagnetiza. Entonces desaparece el flujo remanente Fp. Hay que observar que si la corriente aplicada es demasiado importante, según el fenómeno de histéresis característico de estos materiales, la plataforma 26 se desmagnetizará de nuevo pero en un sentido inverso a los anteriores. En la aplicación prevista, debe evitarse esta situación porque entonces se produciría de nuevo una atracción entre la plataforma 26 y el electroimán 28. El conocimiento de las magnitudes características del bucle de histéresis del material permite evitar defectos fácilmente.

Cuando se interrumpe la corriente de sentido inverso en la bobina, el dispositivo de accionamiento se encuentra de nuevo en la situación presentada en la figura 2a, es decir, sin premagnetizacíón o con una premagnetización reducida y, en consecuencia, sin fuerza ejercida en la plataforma 26.

La aplicación de una corriente de sentido inverso en la bobina permite así soltar la plataforma 26 que resulta fácil de movilizar para realizar la transición de una posición a otra. Se precisa entonces un esfuerzo reducido para realizar la transición.

En resumen, la imantación de la plataforma se efectúa a través del flujo de la bobina cada vez que la plataforma es atraída por el electroimán, por ejemplo, cuando arranca o en el momento de una transición. Durante el mantenimiento en posición abierta o cerrada, la imantación remanente de la paleta permite conservar una inducción notable en el circuito magnético. Esto permite obtener una fuerza de mantenimiento que puede ser suficiente para obtener el mantenimiento con corriente nula o reducida en la bobina. Para soltar la plataforma, por ejemplo durante una transición, se aplica una corriente de desmagnetización para desimantar la plataforma.

Las ventajas de la invención son especialmente obtener un bloqueo en posición abierta o cerrada con corriente nula o reducida y, al mismo tiempo, permitir transiciones poco costosas a nivel energético, ya que la imantación puede anularse en el momento de la transición.

El ciclo de aplicación de la corriente en la bobina, definido por la intensidad y el sentido de la corriente y las duraciones de aplicación, depende del ciclo deseado para la abertura y el cierre de la válvula.

Por ejemplo, según una realización presentada anteriormente, el posicionamiento de la válvula en una segunda posición se obtiene por la acción de un segundo electroimán que actúa sobre la plataforma, la corriente destinada a recorrer este segundo electroimán se sincroniza con la corriente negativa que recorre el primer electroimán para desimantar la plataforma. En este caso, la transición es poco costosa a nivel energético porque el primer electroimán suelta la plataforma en el momento en que debe desplazarse hacia el segundo electroimán.

Una ventaja complementaria de la invención radica en el hecho de que los materiales semiduros presentan una permeabilidad aparente mayor que la de los imanes. Esto genera una mejor eficacia de la bobina. Además, un dispositivo según la invención no presenta riesgo de desimantación irreversible de la plataforma, dicho defecto es tanto más perjudicial en aplicaciones que precisan una gran fiabilidad, como un motor.

En la descripción de las figuras 2a a 2e, la invención se ha presentado con una plataforma realizada con material semiduro. Según una variante de la invención, la plataforma incluye un material magnético blando y el circuito magnético del electroimán incluye un material magnético de imantación remanente y reversible. También es posible prever que tanto la plataforma como el circuito magnético del electroimán incluyan un material magnético semiduro.

Por ejemplo, el posicionamiento de la válvula en una segunda posición también puede realizarse según la acción de medios conocidos, especialmente mecánicos. En este caso, solamente una posición, abierta o cerrada, está asegurada según la invención. La otra posición puede emplear un muelle, por ejemplo.

Claims (6)

1. Dispositivo de accionamiento de la abertura y del cierre de una válvula (38) de motor de combustión interna; el posicionamiento de la válvula (38) en, al menos, una posición (abierta o cerrada) se obtiene por la acción de un electroimán (28), que incluye una bobina y un circuito magnético (29) y que actúa sobre una plataforma (26) que acciona el posicionamiento de la válvula, caracterizado porque el circuito magnético (29) del electroimán (28) y/o la plataforma (26) incluyen un material magnético que presenta una imantación remanente cuando la válvula (38) está en posición abierta o cerrada; la imantación remanente es reversible de manera que se anula cuando se produce un cambio de posición de la válvula (38) y presenta un campo coercitivo incluido entre 50 Oersted y 500 Oersted.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el material que presenta una imantación remanente y reversible se elige entre las aleaciones de Hierro-Cobalto-Vanadio.

3. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el material que presenta una imantación remanente y reversible se elige entre las aleaciones de Aluminio-Níquel-Cobalto de reducido campo coercitivo.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el material que presenta una imantación remanente y reversible tiene forma laminada.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el posicionamiento de la válvula en una segunda posición (cerrada o abierta) se obtiene por la acción de un segundo electroimán (30) que actúa sobre la plataforma (26), el circuito magnético (31) del segundo electroimán (30) y/o la plataforma (26) que incluye también dicho material magnético.

6. Motor de combustión interna que incluye un dispositivo de accionamiento según una de las reivindicaciones 1 a 5.